海洋平臺模塊鉆修機繼電保護系統研究

許鵬（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津300452）

0 引言

海洋平臺離陸地較遠，環境相對獨立，因此對海洋平臺上所使用的電力資源而言，通常都是需運用海洋平臺本身自帶的電力系統予以供應。平臺用一到兩路的電力開關，將電力送入模塊鉆修機變壓器中，隨后用模塊鉆機自帶的配電系統分配電力，鉆修機電力系統中一般包括變壓器、電動機控制回路、饋電開關等設施。鉆修機是海洋油氣開發環節中重要設施之一，如今中國海油在國內的渤海、東海以及南海近海區域已經相繼布置安裝了數十個模塊式修井機和模塊鉆機。一般鉆修機模塊均自帶一到四臺發電機，滿足自身應急用電后也可為平臺提供電力。隨著配電設備數量越來越多及容量不斷擴大，電力系統繼電保護需求標準也隨之提高。只有保障其保護配置具備足夠的全面性、穩定性以及可靠性，才能夠發揮繼電系統的保護作用。

1 研究目的

同常規電力系統一樣，鉆修機的電力系統也會發生很多特殊情況，導致系統無法正常運行，結果就是正常工作狀態無法得到保障，電壓大幅下降。故障部位出現短路，電弧導致電氣設備燒壞。電氣設備出現很大的電動力和發熱問題，影響設備壽命。甚至有系統振蕩、過電壓、過負荷等情況。過負荷會導致設備出現嚴重發熱現象，影響設備壽命，加速絕緣材料的老化，引起短路問題發生。

有了可靠的繼電保護能力，才能夠迅速切除故障設備有問題的部位，電力系統的其余正常部件穩定運作，減少故障擴散放大作用。當非正常情況發生時，繼電保護系統能夠第一時間切斷故障部位。自動及時將信號傳輸至管理人員，對于鉆修機來說，要想保障電力系統穩定運作，就需要加強繼電保護處理，這是減少事故、避免故障擴大、保障電力質量、系統安全的關鍵。

2 標準規范

現行海洋平臺鉆修機繼電保護所用規范與標準主要有《GB50062-2008 電力裝置的繼電保護與自動裝置設計規范》、《GB14285-2016 繼電保護和安全自動裝置技術規程》、《DLT584-2017 3 至110kV 電網繼電保護裝置運行整定規程》等。參照我國當前所用電力系統繼電保護自動裝置的準則和規程，開展鉆修機機電系統保護相關的規劃設計以及計算，可以促使繼電保護具備更高的選擇性、靈敏性、快速性、可靠性。

3 鉆修機電力系統

3.1 典型系統

鉆修機供電系統與海洋平臺所擁有的電力系統進行配合之后，再通過平臺重壓配電開關將電力傳輸至變壓器，隨后輸送至鉆修機模塊。比如錦州區塊某平臺中壓6.3kV 提供兩路5000A ACB 開關，通過了2 臺6.3kV/690V 5000kVA 變壓器，將電力成功傳輸至擁有600V的鉆修機，該平臺總共有2臺降壓變壓器，性能為690V/400V 1250kVA，為系統提供電力資源，系統負荷主要是鉆修機的饋電開關和電動機。

3.2 發電機鉆機模塊系統

現如今海上平臺的功能和系統越來越復雜，使得鉆修機電系統中的用電設備數量不斷增加。出于對平臺鉆修機電力系統和整體情況考慮，大部分鉆修機已配備發電機，甚至有些時候需要反供電能。這類鉆修機模塊較為常見，比如蓬萊區塊某鉆修機的模塊系統總共有4臺1200 KW容量發電機，使用系統母線為平臺690V 供電，經過2 臺1250 kVA 690V/400V 的400V降壓變壓器供電。當400V 應急發電機發生失電的狀況下，其能夠為系統承擔起應急供電的責任。

4 海洋平臺的鉆修機機電系統配置

4.1 典型保護配置

一般典型配置指的是電力系統電力完全靠著平臺的饋電開關，通過降壓變壓器，把電壓控制在690V，并輸送至鉆修機模塊。在模塊中最重要的負荷就是饋電開關與電動機負荷。按照負荷條件與狀況，其配置思路方法為：對于母線的總進線，要做好過電壓保護、低電壓保護、長的延時性過負荷保護、短延時的過流保護工作。出于變壓器保護需要，則要做好低電壓保護、長延時的過負荷保護、短延時的過流保護、過流速斷的保護、變壓器的縱聯差動保護。對于變壓器的出線開關保護，則要解決的有低電壓保護、長延時過負荷保護、短延時的過流保護。對于饋電開關來說，也就是變頻設備的供電開關，要負責的是低電壓保護、長延時的過負荷保護、短延時的過流保護、過流速斷保護。對于電動機控制回路來說，主要是用熱繼電器與MCCB（排線用斷路器）組合的三段式或二段式進行過流保護。

4.2 鉆修機發電機繼電保護

一般來說，鉆修機典型的電力系統在繼電保護方法上幾乎一致，僅有的區別基本上體現在要保護發電機，其保護原則為下：首先是對發電機進行保護，需要考慮的是，頻率保護、逆功率保護、過電壓保護、負序過流保護、發電機失磁保護、低電壓的閉鎖過流保護、縱聯差動保護。其次是變壓器的保護工作，原則包括低電壓保護、長延時的過負荷保護、短延時的過流保護、過流速斷保護、變壓器的縱聯差動保護。此外是變壓器的出線開關保護，包括低電壓保護、長延時的過負荷保護、短延時的過流保護。另外還有饋電保護，這里說的包括低電壓保護、長延時的過負荷保護、短延時的過流保護、過流速斷保護。最后是電動機的控制回路，如同前面一樣，也是熱機電器與MCCB（排線用斷路器）的組合三段式或是二段式過流保護方法。

5 鉆修機模塊的繼電保護算法

5.1 計算條件

按照條件劃分的話，其總共有三種計算要求。首先是第一種一次系統的設備參數、額定電流、額定功率與二次系統的CT、PT 參數。其次是要對最小及最大工況進行明確了解。由于鉆機模塊實際性的運行環節當中，所存在的工況可以說是較為繁多的，而不相同的工況在其用電量方面也會存在著較大的差別性。故而，在諸多且繁雜的工況當中，需要選擇最合適的最小工況與最大工況，保障效益。最后是做好每一種工況條件下的電力系統周期兩相電流值、三相短路。

5.2 典型鉆修機電力系統繼電保護

第一是需要對總進線的開關實施相應的保護工作，先是開展短延時的過流波保護，第一步地啟動電流，這里要用到公式Idz=Krel*ln=1.5ln，其中ln說的就是母線在處于正常有序的運行階段，所產生的最大值的電流，通常來說是在實施鉆井施工作業的時候，平臺出現的額定電流情況。

第二是要將靈敏度校驗的相關工作推展開來。該階段明確的是處于短時限狀態下的短路電流是否能夠起到保護下級母線的效用，校驗的方法是運用下級母線的最小兩相短路電流來予以檢驗，用到的公式是Ksen=Id·min/Idz 這里的Id·min 說的是母線當中，最小故障點的短路電流值。

第三是動作時限。在設計動作時限的過程中，有必要充分考慮下級斷路器發生的瞬時電流所引起的速斷保護動作時限，時間t=0.6s。當處于長延時的情形下，負荷保護的相關方法為，先考慮起動電流Idz=1.05ln，lN指的是母線在運行中，可能會出現的額定電流情況。長延時方面則要按照IEC 的反時限特點做相應調整與處理。

6 結語

在我國經濟發展中，石油資源為經濟建設做出巨大貢獻，為了推動時代的發展和社會的進步，需要對石油開發建設高度關注。海洋擁有龐大的石油資源，開發海洋石油是我國今后需大力發展的石能源開發思路，一定程度上能夠緩解國內能源供需不平衡的問題。為了保持海洋平臺穩定生產作業，就需要做好鉆修機繼電保護系統和模式的研究，為平臺輸送和提供穩定電力資源，發揮繼電器系統價值，實現平臺安全生產。